Gli ingegneri chimici del MIT hanno progettato un nuovo tipo di nanoparticelle per la somministrazione di farmaci che sfrutta un tratto condiviso da quasi tutti i tumori:sono più acidi dei tessuti sani.

Tali particelle potrebbero colpire quasi ogni tipo di tumore, e può essere progettato per trasportare praticamente qualsiasi tipo di farmaco, dice Paula Hammond, un membro del David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research presso il MIT e autore senior di un articolo che descrive le particelle nella rivista ACS Nano .

Come la maggior parte delle altre nanoparticelle che rilasciano farmaci, le nuove particelle MIT sono ricoperte da uno strato polimerico che le protegge dall'essere degradate dal flusso sanguigno. Però, il team del MIT, tra cui l'autore principale e associato postdottorato Zhiyong Poon, progettato questo strato esterno per cadere dopo essere entrato nell'ambiente leggermente più acido vicino a un tumore. Ciò rivela un altro strato in grado di penetrare nelle singole cellule tumorali.

Nel ACS Nano carta, che è andato online il 23 aprile, i ricercatori hanno riferito che, nei topi, le loro particelle possono sopravvivere nel flusso sanguigno fino a 24 ore, accumularsi nei siti tumorali ed entrare nelle cellule tumorali.

Un nuovo obiettivo

Il nuovo approccio del MIT differisce da quello adottato dalla maggior parte dei progettisti di nanoparticelle. Tipicamente, i ricercatori cercano di indirizzare le loro particelle verso un tumore decorandole con molecole che si legano specificamente alle proteine ​​che si trovano sulla superficie delle cellule tumorali. Il problema con quella strategia è che è difficile trovare il bersaglio giusto:una molecola trovata su tutte le cellule tumorali in un particolare tumore, ma non su cellule sane. Anche, un bersaglio che funziona per un tipo di cancro potrebbe non funzionare per un altro.

Hammond e i suoi colleghi hanno deciso di sfruttare l'acidità del tumore, che è un sottoprodotto del suo metabolismo accelerato. Le cellule tumorali crescono e si dividono molto più rapidamente delle cellule normali, e che l'attività metabolica consuma molto ossigeno, che aumenta l'acidità. Man mano che il tumore cresce, il tessuto diventa sempre più acido.

Per costruire le loro particelle mirate, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata "assemblaggio strato per strato". Ciò significa che ogni strato può essere adattato per svolgere una funzione specifica.

Quando lo strato esterno (in glicole polietilenico, o PEG) si rompe nell'ambiente acido del tumore, viene rivelato uno strato intermedio carico positivamente. Questa carica positiva aiuta a superare un altro ostacolo alla somministrazione di farmaci con nanoparticelle:una volta che le particelle raggiungono un tumore, è difficile farli entrare nelle celle. Le particelle con carica positiva possono penetrare nella membrana cellulare caricata negativamente, ma tali particelle non possono essere iniettate nel corpo senza un "mantello" di qualche tipo perché distruggerebbero anche i tessuti sani.

Lo strato più interno delle nanoparticelle può essere un polimero che trasporta un farmaco antitumorale, o un punto quantico che potrebbe essere utilizzato per l'imaging, o praticamente qualsiasi altra cosa che il designer potrebbe voler fornire, dice Hammond, che è il Bayer Professor di Ingegneria Chimica al MIT.

Strato per strato

Altri ricercatori hanno provato a progettare nanoparticelle che sfruttano l'acidità dei tumori, ma le particelle di Hammond sono le prime ad essere state testate con successo su animali viventi.

Jinming Gao, professore di oncologia e farmacologia presso il Southwestern Medical Center dell'Università del Texas, afferma che è "abbastanza intelligente" utilizzare l'assemblaggio strato per strato per creare particelle con uno strato protettivo che può essere rilasciato quando le particelle raggiungono i loro obiettivi. “È una bella prova di concetto, "dice Gao, che non faceva parte del gruppo di ricerca. "Questo potrebbe servire come strategia generale per mirare al microambiente tumorale acido per una migliore somministrazione dei farmaci".

I ricercatori stanno pianificando di sviluppare ulteriormente queste particelle e testare la loro capacità di somministrare farmaci negli animali. Hammond dice che si aspetta che potrebbero volerci dai cinque ai dieci anni di sviluppo prima che possano iniziare gli studi clinici sull'uomo.

Il team di Hammond sta anche lavorando su nanoparticelle che possono trasportare più carichi utili. Per esempio, lo strato esterno di PEG potrebbe contenere un farmaco o un gene che "innescherebbe" le cellule tumorali a essere suscettibili a un altro farmaco trasportato nel nucleo della particella.